DE2738670B1

DE2738670B1 - Plate heat exchanger

Info

Publication number: DE2738670B1
Application number: DE772738670A
Authority: DE
Inventors: Jan Tjaden
Original assignee: Unilever NV
Current assignee: Unilever NV
Priority date: 1977-08-26
Filing date: 1977-08-26
Publication date: 1979-03-01
Also published as: CH636432A5; FR2401395B1; AT357575B; DK145167C; FR2401395A1; AU3927778A; DK145167B; GB2013326A; AU516146B2; DK377378A; ATA613778A; NL7808773A; GB2013326B; DE2738670C2; SE7808971L; US4227571A; JPS5467257A

Description

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Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher wie er im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben ist. Seine Elemente bestehen aus dünnen, teilweise tiefgezo- so genen Metallplatten, insbesondere aus Aluminium, deren aneinanderliegende Teile mittels einer siegelfähigen Beschichtung verbunden sind. Derartige Wärmetauscher können angewendet werden, wo keine extremen Temperaturen oder Drücke auftreten. Ein Vorteil ist dabei, daß die Formgebung der Platten durch Tiefziehen und die Verbindung mittels der siegelbaren oder schweißbaren und korrosionsbeständigen Beschichtung aus Kunststoff sehr einfach erfolgen kann. Dabei werden Folien, Bänder oder Bleche mit Dicken von beispielsweise 40 bis 500 μ verwendet.The invention relates to a plate heat exchanger as described in the preamble of claim 1. Its elements consist of thin, partly deep-drawn Genen metal plates, in particular made of aluminum, the parts of which are connected to one another by means of a sealable coating. Such heat exchangers can be used where none extreme temperatures or pressures occur. One advantage is that the shape of the plates by Deep drawing and the connection can be made very easily by means of the sealable or weldable and corrosion-resistant coating made of plastic. Foils, strips or sheets with a thickness of, for example, 40 to 500 μ are used.

Aus DE-OS 25 18 683 ist ein Wärmetauscher bekannt, bei dem beschichtete dünne Platten, von denen wenigstens eine zur Bildung von parallelen Durchflußkanälen verformt ist, an ihren aneinander anliegenden Teilen verbunden sind. In GB-PS 10 79 533 ist ein Wärmetauscher beschrieben, bei dem auch Leitungen zum Verbinden der parallelen Durchflußkanäle in denFrom DE-OS 25 18 683 a heat exchanger is known in which coated thin plates, of which at least one is deformed to form parallel flow channels, at their abutting one another Parts are connected. In GB-PS 10 79 533 a heat exchanger is described in which lines to connect the parallel flow channels in the Platten ausgeformt sind. Bei der Verwendung von sehr dünnen Blechen ist es jedoch oft schwierig, die Elemente eines Wärmetauschers dicht zu verbinden, ohne sie dabei zu deformieren.Plates are molded. When using very However, thin sheet metal often makes it difficult to remove the elements of a heat exchanger to be tightly connected without deforming them.

Durch die Erfindung sollen die aus dünnen Platten gebildeten Wärmetauscher so verbessert werden, daß eine Verbindung zwischen den Leitungen in den Elementen und den Sammelkanälen zu und von den Elementen in einfacher Weise herstellbar istThe invention is intended to improve the heat exchangers formed from thin plates so that a connection between the lines in the elements and the collecting channels to and from the Elements can be produced in a simple manner

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 beschriebenen Maßnahmen gelöstThis object is achieved by the measures described in the characterizing part of claim 1

Die über die ganze Plattenlänge reichenden Leitungen für den Zu- und Ablauf eines Mediums zu bzw. von den Durchflußkanälen werden durch in die Enden dieser Leitungen eingesetzte Formstücke verschlossen, die wenigstens an ihren Außenflächen aus einem mit der Beschichtung der Platten verbindbaren Material bestehen. Von den Formstücken sind wenigstens zwei von quer zu den Platten jedes Elements verlaufenden Sammelkanälen durchsetzt, die in Kanäle in den Formstücken münden, welche mit den Leitungen in Verbindung stehen. Die Formstücke sind vorzugsweise druckfest und füllen durch ihre äußere Form die Leitungen aus, so daß sie Drücke und Spannungen beim Zusammenbau der Elemente und während des Betriebes ohne wesentliche Formänderung aufnehmen können. Durch die Formstücke und entsprechende Löcher in den Platten werden Rohre oder ähnliche Profile geschoben, die sowohl als Zuganker dem Zusammenhalt eines Pakets von Elementen aus auch als Sammelkanäle der Zu- und Abführung des Mediums dienen. Um die Profile herum und zwischen jeweils zwei Elementen können elastische Dichtungsscheiben angeordnet werden. Die auf den Profilen sitzenden Elemente werden durch Spanneinrichtungen wie z. B. Verschraubungen oder aufgeschraubte Außenanschlüsse zusammengedrückt Die über die ganze Länge der Platte verlaufenden Leitungen erlauben es, diese Leitungen tiefer auszuformen, so daß durch sie auch nahezu der Abstand zwischen zwei Elementen erreicht werden kann.The pipes for the inflow and outflow of a medium to and from, which extend over the entire length of the plate the flow channels are closed by fittings inserted into the ends of these lines, which consist at least on their outer surfaces of a material that can be bonded to the coating of the plates. Of the fittings are at least two of collecting channels running transversely to the plates of each element interspersed with channels in the Open out fittings, which are connected to the lines. The fittings are preferred pressure-resistant and fill the lines through their outer shape, so that they are pressures and tensions Assemble the elements and can record during operation without significant change in shape. Pipes or similar profiles are pushed through the fittings and corresponding holes in the panels, both as tie rods to hold a package of elements together as well as collecting channels of the Serve supply and discharge of the medium. Around the profiles and between two elements elastic sealing washers are arranged. The elements sitting on the profiles are through Clamping devices such. B. Screws or screwed-on external connections compressed The lines running over the entire length of the plate make it possible to shape these lines deeper, so that almost the spacing is also achieved through them can be achieved between two elements.

Eine Herstellung der Platten in größeren Längen ist möglich, von denen dann jeweils die für ein Element benötigte Länge abgeschnitten wird.A production of the plates in greater lengths is possible, each of which is then for one element required length is cut off.

Werden als Sammelkanäle Rohre verwendet so sind diese jeweils im Bereich eines Formstückes mit Löchern versehen, durch die das Medium aus dem Rohr in das Formstück gelangen kann, von dem es dann in die tiefer ausgeformten Leitungen und weiter in die seichteren Durchflußkanäle fließt. Anstelle von Rohren können auch Profile mit kreuz- oder sternförmigem Querschnitt verwendet werden, bei denen die Endflächen der Schenkel Teile eines Kreisumfangs bilden und am inneren Umfang des Lochs in dem Formstück anliegen und bei denen sich mehrere Sammelkanäle zwischen den Schenkeln der Profile ergeben.If pipes are used as collecting channels, they are each in the area of a fitting with holes provided, through which the medium can get out of the pipe into the fitting, from which it then goes into the deeper formed lines and flows further into the shallower flow channels. Instead of pipes you can Profiles with a cross or star-shaped cross-section can also be used, in which the end faces of the Legs form parts of a circumference and bear against the inner circumference of the hole in the fitting and in which there are several collecting channels between the legs of the profiles.

Es kann zweckmäßig sein und vereinfacht auch den Zusammenbau der Wärmetauscher, wenn die Löcher in den Platten etwas größer als der Kreisumfang der Rohre oder Profile ist. In diesem Falle werden die elastischen Dichtungsscheiben etwa an ihrem inneren Umfang in den Spalt zwischen den Rändern der Platte, dem Formstück und dem Rohr oder Profil eingedruckt und schützen somit auch die Schnittkanten dieser Löcher in den Platten. Zwischen zwei benachbarten Elementen wird eine Abdichtung nach außen durch die Dichtungsscheiben erreicht Eine Abdichtung entlang der Rohre oder Profile ist zwischen den Innenräumen der Elemente meist nicht erforderlich.It can be useful and also simplifies the assembly of the heat exchangers if the holes in the plates is slightly larger than the circumference of the pipes or profiles. In this case, the elastic sealing washers approximately on their inner circumference in the gap between the edges of the plate, the fitting and the pipe or profile and thus also protect the cut edges of these Holes in the plates. An external seal is created between two adjacent elements through the Sealing washers achieved A seal along the pipes or profiles is between the interiors most of the elements are not required.

ORIGINAL INSPECTE9ORIGINAL INSPECTE9

Die Erfindung wird anhand der auf den schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigtThe invention is described with reference to the exemplary embodiments shown in the schematic drawings. It shows

F i g. 1 einen lotrechten Schnitt durch je einen Teil von zwei Elementen etwa entlang Il in F i g. 2; F i g. 2 eine tiefgezogene Platte mit Formstücken;F i g. 1 shows a vertical section through each part of two elements approximately along II in FIG. 2; F i g. 2 a deep-drawn plate with shaped pieces;

Fig.3 einen lotrechten Schnitt durch ein Element etwa entlang IH-III in F i g. 2;3 shows a vertical section through an element roughly along IH-III in FIG. 2;

F i g. 4 einen Schnitt durch ein Formstück;F i g. 4 shows a section through a molded piece;

F i g. 5 eine Ansicht eines Formstücks;F i g. 5 is a view of a fitting;

F i g. 6 eine Ansicht eines anderen Formstücks mit einem Schnitt durch ein Kreuzprofil zur Verbindung mehrerer Elemente;F i g. 6 is a view of another shaped piece with a section through a cross profile for connection multiple elements;

F i g. 7 einen Schnitt ähnlich F i g. 1.F i g. 7 shows a section similar to FIG. 1.

Bei dem dargestellten Plattenwärmetauscher besteht jedes Wärmetauscherelement 1 aus einer ebenen Platte 2 und einer tiefgezogenen oder in ähnlicher Weise verformten Platte 3. Beide Platten bestehen aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium, und sind auf ihren einander zugekehrten Seiten mit siegelfähigem Kunststoff, wie z. B. Polyäthylen oder Polypropylen, so beschichtet oder mit einem geeigneten Lack oder Kleber versehen, daß sie mittels dieser Beschichtungen fest und bei den auftretenden Temperaturen beständig an den Flächen verbunden werden können, an denen sie sich berühren.In the illustrated plate heat exchanger, each heat exchanger element 1 consists of a flat plate 2 and a deep-drawn or similarly deformed plate 3. Both plates are made of metal, preferably made of aluminum, and on their facing sides with sealable plastic, such as B. polyethylene or polypropylene, so coated or with a suitable paint or Adhesive provided that by means of these coatings they are solid and resistant to the temperatures that occur can be connected at the surfaces where they touch.

In die Platte 3 sind kleine bzw. seichte Durchflußkanäle 4 und an deren beiden Enden Leitungen 7 für den Zu- und Ablauf des durchströmenden Mediums zu bzw. von den Durchflußkanälen 4 eingeformt. Die Leitungen 7 sind an ihren Enden durch Formstücke 8 verschlossen. An den Flächen 5 zwischen den Durchflußkanälen 4 und an den Rändern 5a und 6 sind die Platten 2 und 3 fest und dicht miteinander versiegelt. Auch die Formstücke 8 sind zwischen die beiden Platten 2 und 3 eingesiegelt, wodurch sie die Leitungen 7 an deren Enden dicht verschließen.In the plate 3 small or shallow flow channels 4 and at both ends lines 7 for the inflow and outflow of the medium flowing to and from the flow channels 4 are formed. The ends of the lines 7 are closed by fittings 8. At the surfaces 5 between the flow channels 4 and at the edges 5a and 6, the plates 2 and 3 are firmly and tightly sealed to one another. The shaped pieces 8 are also sealed between the two plates 2 and 3, whereby they seal the lines 7 tightly at their ends.

In die etwa an den Ecken eines jeden Elements 1 befindlichen Formstücke 8 sind Rohre 9b und 10 eingesetzt. Diese halten die Elemente 1 eines Wärmetauschers zusammen. Die Rohre 9b als Sammelkanäle 9 besitzen Löcher 12, welche in in den Formstücken 8 befindliche Kanäle 11 führen. Damit kann die Zu- und Abführung des Mediums durch die Sammelkanäle 9 zu mehreren Elementen 1 erfolgen. Tubes 9b and 10 are inserted into the shaped pieces 8 located approximately at the corners of each element 1. These hold the elements 1 of a heat exchanger together. The tubes 9b as collecting channels 9 have holes 12 which lead into channels 11 located in the fittings 8. In this way, the medium can be supplied and discharged through the collecting channels 9 to a plurality of elements 1.

An den Enden der Rohre 9b und 10 sitzen nicht dargestellte Klemm- oder Spannelemente, wie z. B. Verschraubungen und Einrichtungen für Rohr- oder Schlauchanschlüsse, durch welche alle Elemente dicht zusammengedrückt werden. Es ist vorteilhaft, auf den Rohren 9b und 10 zwischen den Elementen 1 elastische Dichtungsscheiben 13 anzuordnen. In diesem Falle dienen die Formstücke 8 vor allem dem Verschluß und der Abdichtung der Leitungen 7. Wandert eine geringe Menge des Mediums am äußeren Umfang des Rohres 9b entlang, so kann sie doch infolge der Dichtungsscheiben 13 nicht nach außen gelangen. Die elastischen Dichtungsscheiben 13 und gegebenenfalls auch die Formstücke 8 lassen sich aber auch so ausbilden, daß auch eine Abdichtung der Elemente 1 am Rohr 9b selbst erfolgt.At the ends of the tubes 9b and 10 are not shown clamping or clamping elements such. B. Screw connections and devices for pipe or hose connections, through which all elements are pressed together tightly. It is advantageous to arrange elastic sealing washers 13 on the tubes 9b and 10 between the elements 1. In this case, the shaped pieces 8 serve primarily to close and seal the lines 7. If a small amount of the medium migrates along the outer circumference of the pipe 9b, it cannot get to the outside as a result of the sealing washers 13. The elastic sealing washers 13 and possibly also the shaped pieces 8 can, however, also be designed in such a way that the elements 1 are also sealed on the pipe 9b itself.

Bei einem Ausführungsbeispiel ähnlich dem auf den Zeichnungen dargestellten, bestand die ebene Platte 2 aus Aluminium von etwa 70 μ Dicke, und die Platte 3 war aus 100 μ Aluminium geformt. Beide Platten waren mit etwa 50 μ Polypropylen beschichtet. Auf der Platte 3 war die Beschichtung vor der Verformung angebracht. Die Durchflußkanäle 4 hatten eine Tiefe von 3 mm und bei einem etwa trapezförmigen Querschnitt eine mittlere Breite von etwa 5 mm. Der Abstand zwischen den Mitten der Durchflußkanäle 4 betrug etwa 24 mm. Die Leitungen 7 hatten eine Tiefe von ca. 7 mm und bei ebenfalls trapezförmigem Querschnitt eine mittlere Breite von ungefähr 18 mm. Die durch die Elemente 1 an den vier Ecken geschobenen Rohre 9b und 10 hatten einen äußeren Durchmesser von 8 mm. Die Außenmaße jedes Elements 1 waren 400 mm in Richtung der Leitungen 7 und 280 mm in der Richtung der Durchflußkanäle 4, wobei der Abstand zwischen den Mitten der Leitungen 7 etwa 230 mm betrug. Wärmetauscher mit mehreren Elementen etwa dieser Abmessungen werden für Klimageräte bevorzugt und dienen in diesen insbesondere zur Rückgewinnung der in der Abluft enthaltenen Wärme, wobei als Medium in den Elementen Wasser verwendet wird.In an embodiment similar to that shown in the drawings, the flat plate 2 was made of aluminum about 70 microns thick, and the plate 3 was formed from 100 microns aluminum. Both plates were coated with about 50 μ polypropylene. The coating was applied to the plate 3 before the deformation. The flow channels 4 had a depth of 3 mm and, with an approximately trapezoidal cross-section, an average width of approximately 5 mm. The distance between the centers of the flow channels 4 was about 24 mm. The lines 7 had a depth of approx. 7 mm and, with a likewise trapezoidal cross-section, an average width of approx. 18 mm. The tubes 9b and 10 pushed through the elements 1 at the four corners had an outer diameter of 8 mm. The outer dimensions of each element 1 were 400 mm in the direction of the lines 7 and 280 mm in the direction of the flow channels 4, the distance between the centers of the lines 7 being about 230 mm. Heat exchangers with several elements of approximately these dimensions are preferred for air conditioning devices and are used in these in particular to recover the heat contained in the exhaust air, water being used as the medium in the elements.

In F i g. 4 und 5 ist ein Formstück 8 dargestellt, das beispielsweise als kleines Spritzgußteil aus Kunststoff hergestellt sein kann. Bei dem vorstehend beschriebenen Wärmetauscher hatte dieses eine Grundfläche von 16,5 χ 24 mm und war etwa 7,1 mm dick. An den beiden Kanten des Formstücks 8, die etwa parallel zum Rand 6 verlaufen, ist eine zusätzliche, verdickte Materialkante 14 angeformt. Dieses zusätzliche Material wird beim Zusammenfügen der Platten 2 und 3 durch die Wärme und den Druck des Siegeln erweicht und plastisch so zwischen die beiden Platten und den Hauptteil des Formstücks eingeformt, daß auch hier eine feste und dichte Verbindung entsteht und sich selbst bei Maßabweichungen der Teile keine undichten Stellen bilden können. In das in F i g. 6 gezeigte Formstück 8 ist als Zuganker ein Kreuzprofil 9a eingesetzt. Das Medium fließt hier zwischen den Schenkeln oder Armen des Kreuzes.In Fig. 4 and 5, a fitting 8 is shown, the can for example be made of plastic as a small injection-molded part. In the case of the one described above This heat exchanger had a base area of 16.5 χ 24 mm and was about 7.1 mm thick. On both of them Edges of the shaped piece 8, which run approximately parallel to the edge 6, is an additional, thickened material edge 14 molded. This additional material is when the plates 2 and 3 are joined together by the heat and the pressure of the sealing softens and so plastically between the two plates and the main part of the Formed piece so that a firm and tight connection is created here and with itself Dimensional deviations of the parts cannot cause any leaks. In the in F i g. 6 shown fitting 8 is a cross profile 9a is used as a tie rod. The medium flows here between the thighs or arms of the Cross.

In Fig. 7 sind die Löcher der Platten 2 und 3, durch die beispielsweise ein Kreuzprofil 9a gesteckt wird, um 1 bis 3 mm größer im Durchmesser als dem Kreisumfang des Kreuzprofiles 9a entspricht. Der entstehende Spalt wird von dem inneren Teil des elastischen Dichtungsrings 13 weitgehend ausgefüllt, wenn die Elemente eines Wärmetauschers mittels der Zuganker und der nicht dargestellten Verschraubungen zusammengedrückt werden.In FIG. 7, the holes in the plates 2 and 3, through which a cross profile 9a is inserted, for example, are 1 to 3 mm larger in diameter than the circumference of the cross profile 9a . The resulting gap is largely filled by the inner part of the elastic sealing ring 13 when the elements of a heat exchanger are pressed together by means of the tie rods and the screw connections (not shown).

Die Anwendung der Erfindung ist jedoch nicht auf die vorgenannten Abmessungen oder das Einsatzgebiet beschränkt, und eine Anzahl von Abwandlungen bezüglich der Materialien wie auch der Abmessungen und Durchströmungsverhältnisse ist möglich. Ferner können auch mehr als vier Rohre 9b bzw. 10 oder Profile 9a bei einem Wärmetauscher verwendet werden, wobei gegebenenfalls im Weg der Leitungen 7 liegende Formstücke 8 mit nach zwei Seiten führenden Kanälen 11 zu versehen sind. Wenn beide Platten eines Elements ausgeformt sind, können die Querschnitte der Durchflußkanäle 4 und der Leitungen 7 verdoppelt werden. Auf diese Weise ist es z. B. auch möglich, sehr dünne Aluminiumfolien von 40 bis 75 μ Dicke mit siegelfähiger Beschichtung, die durch Tiefziehen o. ä. nur verhältnismäßig wenig verformt werden können, für Wärmetauscher zu verwenden.However, the application of the invention is not restricted to the aforementioned dimensions or the field of application, and a number of modifications with regard to the materials as well as the dimensions and flow conditions are possible. Furthermore, more than four tubes 9b or 10 or profiles 9a can be used in a heat exchanger, with fittings 8 lying in the path of the lines 7 being provided with ducts 11 leading to two sides. When both plates of an element are formed, the cross sections of the flow channels 4 and the lines 7 can be doubled. In this way it is e.g. B. also possible to use very thin aluminum foils of 40 to 75 μ thickness with a sealable coating, which can only be deformed relatively little by deep drawing or the like, for heat exchangers.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Plattenwärmetauscher, dessen von einem Medium durchströmte Wärmetauschelemente aus je zwei dünnen Metallplatten bestehen, deren aneinan- s der anliegende Teile mittels einer Beschichtung verbunden sind, wobei wenigstens eine der beiden1. Plate heat exchanger, whose heat exchange elements, through which a medium flows, each consist of two thin metal plates, the parts of which are in contact with one another by means of a coating are connected, at least one of the two

z. B. tiefgezogenen Platten eine Vielzahl paralleler seichter Durchflußkanäle und an deren beiden Enden je eine zu ihnen senkrechte, tiefer geformte, to über die ganze Plattenlänge reichende Leitung für den Zu- und Ablauf zu bzw. von den Durchflußkanälen besitzt, gekennzeichnet durch in die Enden der Leitungen (7) eingesetzte Formstücke (8), die wenigstens an ihren Außenflächen aus einem mit der Beschichtung der Platten (2, 3) abdichtend verbindbaren Material bestehen und von denen wenigstens zwei von quer zu den Platten (2, 3) verlaufenden Sammelkanälen (9) durchsetzt sind, die in Kanäle (11) in den Formstücken (8) münden, welche mit den Leitungen (7) in Verbindung stehen.z. B. deep-drawn plates a variety of parallel shallow flow channels and at their two ends each one perpendicular to them, deeper shaped, to Has a line extending over the entire length of the plate for the inflow and outflow to and from the flow channels, characterized by in the Ends of the lines (7) inserted fittings (8), at least on their outer surfaces from a with the coating of the plates (2, 3) consist of sealingly connectable material and of which at least two collecting channels (9) which run transversely to the plates (2, 3) and which open into channels (11) in the fittings (8) which are connected to the lines (7).

2.2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formstücke (8) druckfest sind und die Leitungen (7) im Bereich der Sammelkanäle (9) durch ihre äußere Form ausfüllen, um Spannungen lind Drücke in Richtung der Achse der Sammelkanäle (9) ohne Formänderung aufnehmen zu können.Plate heat exchanger according to claim 1, characterized in that the shaped pieces (8) are pressure-resistant and fill the lines (7) in the area of the collecting channels (9) with their outer shape, in order to be able to absorb tensions and pressures in the direction of the axis of the collecting channels (9) without changing their shape.

3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Formstücke (8) an ihren zu den Leitungen (7) parallelen Rändern eine Materialkante (14) besitzen, die beim Verbinden der Platten (2, 3) plastisch zwischen diesen eingeformt wird.3. Plate heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the shaped pieces (8) on their edges parallel to the lines (7) have a material edge (14) which, when connecting the Plates (2, 3) is molded plastically between these.

4. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüehe 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Formstücke (8) eingesetzten Rohre (9b, 10) oder die Profile (9a) die Wärmetauschelemente (1) als Zuganker zusammenhalten.4. Plate heat exchanger according to one of claims 1-3, characterized in that the tubes (9b, 10) or the profiles (9a) inserted into the fittings (8) hold the heat exchange elements (1) together as tie rods.

5. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Sammelkanäle (9) bildenden Rohre (9b) Löcher (12) aufweisen, die in die Kanäle (11) in den Formstücken (8) münden.5. Plate heat exchanger according to claim 4, characterized in that the pipes (9b ) forming the collecting channels (9) have holes (12) which open into the channels (11) in the fittings (8).